RU2081496C1

RU2081496C1 - Electrical machine multipole rotor

Info

Publication number: RU2081496C1
Authority: RU
Inventors: И.П. Стадник; И.Ю. Горская
Original assignee: Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1997-06-10

Abstract

FIELD: permanent-magnet electrical machines. SUBSTANCE: monolithic rotor is made in the form of hollow retentive-material barrel with external radius R₂ whose saturation 1 at each point is found from expression

, where p is pole pair number (p ≥ 2); 1 is saturation vector modulus;

are unit vectors of polar coordinate system; a is angular coordinate of rotor point; radius R₁ of internal central bore is found from equation

Description

Изобретение относится к производству электрических машин с постоянными магнитами и может быть использовано при изготовлении многополюсных роторов электрических машин (МКИ: НО2К 21/08). The invention relates to the production of permanent magnet electric machines and can be used in the manufacture of multipolar rotors of electric machines (MKI: HO2K 21/08).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому ротору является ротор, выполненный в виде монолитного полога цилиндра с внутренним и внешним радиусом R₁ и R₂ соответственно, намагниченностью материала

которого в каждой точке определяется выражением:

где p число пар полюсов, J модуль вектора намагниченности,

орты полярной системы координат, a угловая координата точки ротора. Ротор имеет синусоидальное распределение индукции магнитного поля.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed rotor is a rotor made in the form of a monolithic canopy of the cylinder with an inner and outer radius R ₁ and R _2, respectively, of the magnetization of the material

which at each point is determined by the expression:

where p is the number of pole pairs, J is the magnitude of the magnetization vector,

vectors of the polar coordinate system, and the angular coordinate of the rotor point. The rotor has a sinusoidal distribution of magnetic field induction.

Этот ротор, выбранный за прототип, создавая синусоидальное распределение магнитного поля, имеет недостаток, который заключается в том, что изменение размеров ротора приводит к уменьшению магнитного потока, а кроме того, ведет к неэффективному использованию магнитотвердого материала. This rotor, selected for the prototype, creating a sinusoidal distribution of the magnetic field, has the disadvantage that the resizing of the rotor leads to a decrease in magnetic flux, and in addition, leads to inefficient use of hard magnetic material.

Цель изобретения повышение эффективности использования магнитотвердого материала. The purpose of the invention is to increase the efficiency of using hard magnetic material.

Для достижения указанной цели многополюсный ротор выполнен в виде монолитного полого цилиндра из магнитотвердого материала с внешним радиусом R₂, намагниченность

которого в каждой точке определяется выражением

где p число пар полюсов (p≥2); J модуль вектора намагниченности;

орты полярной системы координат; a угловая координата точки ротора. Радиус R₁ внутреннего центрального отверстия определяется соотношением:

где b -0,0055; c 0,993; d- 3,261.To achieve this goal, a multi-pole rotor is made in the form of a monolithic hollow cylinder of a hard magnetic material with an external radius R ₂ , magnetization

which at each point is determined by the expression

where p is the number of pole pairs (p≥2); J module of the magnetization vector;

unit vectors of the polar coordinate system; a The angular coordinate of the rotor point. The radius R _{1 of the} inner Central hole is determined by the ratio:

where b is -0.0055; c 0.993; d- 3,261.

Выполнение ротора с центральным отверстием, размер которого определяется соотношением (1), позволяет получать определенную величину магнитного потока с минимально возможными затратами магнитотвердого материала. The implementation of the rotor with a Central hole, the size of which is determined by the relation (1), allows you to get a certain amount of magnetic flux with the lowest possible cost of hard magnetic material.

За счет экономии магнитотвердого материала с сохранением магнитного потока повышается эффективность использования этого материала в конструкции ротора, т.к. возрастает значение магнитного потока, приходящегося на единицу массы магнита. By saving hard magnetic material while maintaining magnetic flux, the efficiency of using this material in the design of the rotor increases, because the value of the magnetic flux per unit mass of the magnet increases.

Устройство изображено на фиг. 1 и выполнено в виде полого монолитного кругового цилиндра 1 с внутренним и внешним радиусами соответственно R₁ и R₂. На фиг. 2 для различного числа полюсов представлены графики зависимостей отношения Ф/Ф₀, где Ф поток, созданный ротором с центральным отверстием, Ф₀ поток такого же ротора, но без центрального отверстия, в зависимости от радиуса отверстия R₁. R₁ выражен в единицах R₂. Соотношение между радиусами R₁ и R₂ определяется формулой (1). Изобретение ориентации вектора намагниченности

представлено на примере четырехполюсного ротора.The device is depicted in FIG. 1 and is made in the form of a hollow monolithic circular cylinder 1 with inner and outer radii, respectively, R ₁ and R ₂ . In FIG. 2, for a different number of poles, the dependences of the ratio Ф / Ф _{0 are} presented, where Ф is the flow created by the rotor with a central hole, Ф _{0 is the} flow of the same rotor, but without a central hole, depending on the radius of the hole R ₁ . R ₁ is expressed in units of R ₂ . The ratio between the radii R ₁ and R ₂ is determined by the formula (1). The invention of the orientation of the magnetization vector

represented by the example of a four-pole rotor.

Монолитный ротор изготавливается и работает следующим образом. Ориентация осей легкого намагничивания частиц порошкового материала, например редкоземельного сплава КС37, т.е. текстурование и прессование, осуществляется в магнитном поле с напряженностью 400-500 А/м; далее порошок подвергается спеканию и термообработке. Намагничивание магнита осуществляется в магнитном поле с напряженностью более 2000 кА/м. Текстурование порошка и намагничивание магнита с синусоидальным распределением поля может быть произведено в устройстве, обеспечивающем требуемую топографию магнитного поля. После намагничивания ротора перемещается в статор электрической машины. A monolithic rotor is manufactured and operates as follows. Orientation of the axes of easy magnetization of particles of powder material, for example, KS37 rare-earth alloy, i.e. texturing and pressing, carried out in a magnetic field with a strength of 400-500 A / m; Further, the powder is subjected to sintering and heat treatment. Magnetization of the magnet is carried out in a magnetic field with a strength of more than 2000 kA / m. Texturing of the powder and magnetization of a magnet with a sinusoidal field distribution can be performed in a device that provides the required topography of the magnetic field. After magnetization, the rotor moves to the stator of an electric machine.

Графики на фиг. 2 получены с помощью численных расчетов на ЭВМ. Как видно из этих зависимостей, увеличение размера центрального отверстия сначала не приводит к существенному уменьшению магнитного потока ротора. Используя графические зависимости (фиг. 2), можно указать для различного числа полюсов значения радиуса R₁, соответствующие толщине магнитоактивного слоя, при которой поток ротора составляет 95% от потока такого же ротора, но без центрального отверстия. Эти значения R₁ приведены в таблице. Увеличение R₁ по сравнению с данными табл. приведет к дополнительным потерям потока, превосходящим 5% что отрицательно скажется на характеристиках электрической машины. Уменьшение же размера центрального отверстия также нецелесообразно, т. к. вклад в поток дополнительной внутренней части объема магнита составляет менее 5% и ведет к неоправданным затратам дорогостоящего магнитотвердого материала. Таким образом, размеры R₁, приведенные в табл. наиболее приемлемы с точки зрения эффективного использования магнитотвердого материала. Значение радиуса R₁, приведенные в табл. можно аппроксимировать формулой (1). Величины, полученные по аппроксимирующей формуле, также приведены в табл. Как видно из данных таблицы, аппроксимирующая формула позволяет получать значение R₁ с высокой степенью точности.The graphs in FIG. 2 are obtained using computer numerical calculations. As can be seen from these dependences, an increase in the size of the central hole at first does not lead to a significant decrease in the magnetic flux of the rotor. Using graphical dependencies (Fig. 2), for a different number of poles, values of radius R ₁ corresponding to the thickness of the magnetically active layer at which the rotor flux is 95% of the flux of the same rotor, but without a central hole, can be indicated. These values of R ₁ are shown in the table. The increase in R ₁ compared with the data table. will lead to additional flow losses in excess of 5%, which will negatively affect the performance of the electric machine. Reducing the size of the central hole is also impractical, since the contribution to the flux of the additional internal part of the magnet volume is less than 5% and leads to unjustified costs of expensive magnetically hard material. Thus, the dimensions of R ₁ are given in table. most acceptable from the point of view of the effective use of hard magnetic material. The value of the radius R ₁ are given in table. can be approximated by formula (1). The values obtained by the approximating formula are also given in table. As can be seen from the table, the approximating formula allows you to get the value of R ₁ with a high degree of accuracy.

Таким образом, за счет наличия центрального отверстия определенных размеров предлагаемый многополюсный ротор обладает следующими преимуществами по сравнению с аналогичными устройствами. Thus, due to the presence of a central hole of certain sizes, the proposed multi-pole rotor has the following advantages compared to similar devices.

Сохраняется величина магнитного потока. Выполнение отверстия с меньшим радиусом R₁ ведет к неоправданным затратам магнитотвердого материала, т.к. элементы объема магнита, находящиеся на расстоянии r≅R₁ от центра ротора, где R₁ определяется соотношением (1), дают вклад в магнитный поток ротора, не превосходящий 5% общего магнитного потока, что не оказывает практически никакого влияния на характеристики электрической машины. Выполнение отверстия с большим радиусом R₁, чем определено формулой (1), ведет к существенным потерям магнитного потока более чем на 5% и с увеличением центрального отверстия эти потери магнитного потока резко увеличиваются, что ведет к ухудшению характеристик электрических машин, например, к уменьшению вращательного момента.The magnitude of the magnetic flux is stored. The hole with a smaller radius R ₁ leads to unjustified costs of hard magnetic material, because elements of the magnet volume located at a distance r≅R ₁ from the center of the rotor, where R ₁ is determined by relation (1), contribute to the magnetic flux of the rotor, not exceeding 5% of the total magnetic flux, which has practically no effect on the characteristics of the electric machine. The hole with a large radius R ₁ than defined by formula (1) leads to a significant loss of magnetic flux of more than 5% and with an increase in the central hole, these magnetic flux losses increase sharply, which leads to a deterioration in the performance of electrical machines, for example, to a decrease rotational moment.

Повышается эффективность использования МТМ в конструкции ротора, т.к. повышается величина магнитного потока, приходящегося на единицу массы МТМ. The efficiency of using MTM in the design of the rotor is increased, because the magnitude of the magnetic flux per unit mass of the MTM increases.

Claims

The multi-pole rotor of an electric machine, made in the form of a monolithic hollow cylinder, the magnetization of which at each point is determined by the expression

where p is the number of pole pairs;
I module of the magnetization vector;

unit vectors of the polar coordinate system;
a, r angular and radial coordinates of the rotor point,
characterized in that the radius R _{1 of the} Central hole of the rotor satisfies the ratio

where R _{2 is the} outer radius of the rotor;
p ≥ 2 the number of pole pairs;
b 0.0055;
from 0.993;
d 3,261.